腦膠質(zhì)瘤IDH基因突變的分子機(jī)制及其相關(guān)靶向治療的研究進(jìn)展

胡 平 葉立果綜述 陳謙學(xué)審校

膠質(zhì)瘤是成人中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見原發(fā)性惡性腫瘤，是嚴(yán)重威脅人類健康的常見腫瘤之一。近30年來，膠質(zhì)瘤的整體治療效果未有明顯改善，盡管進(jìn)行了強(qiáng)化治療，但大多數(shù)病人在2～10年內(nèi)死亡[1]，最佳治療的老年高級別膠質(zhì)瘤中位生存期為8個(gè)月，而次優(yōu)治療的中位生存期為4個(gè)月[2]。明確膠質(zhì)瘤的發(fā)病機(jī)制、生物學(xué)特征和新病因治療是神經(jīng)外科領(lǐng)域迫切需要解決的問題。正常的異檸檬酸脫氫酶（isocitrate dehydrogenase，IDH）是細(xì)胞代謝過程中的關(guān)鍵酶，在三羧酸循環(huán)中代謝物的合成以及還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）產(chǎn)生中起著重要作用。據(jù)推測IDH基因突變（IDH mutation，mIDH）是膠質(zhì)瘤發(fā)展的始發(fā)事件[3]，而mIDH產(chǎn)生的蛋白質(zhì)會(huì)阻止正常的細(xì)胞分化并促進(jìn)腫瘤發(fā)生。近年來，越來越多的治療性研究不斷展開，其中主要包括谷氨酰胺酶抑制劑、α-酮戊二酸（α-ketoglutarate，α-KG）衍生物、免疫療法等。本文就mIDH在膠質(zhì)瘤中的分子機(jī)制及潛在治療進(jìn)行綜述。

1 IDH的功能

IDH家族存在三種同工酶：IDH1位于細(xì)胞質(zhì)和過氧化物酶體中，IDH2和IDH3位于線粒體中[4]。正常IDH可將異檸檬酸轉(zhuǎn)化為α-KG，此過程會(huì)產(chǎn)生CO2和NADPH。NADPH可維持充足的還原型谷胱甘肽和過氧化物酶毒素庫，以維持氧化還原平衡，保護(hù)細(xì)胞免受各種細(xì)胞應(yīng)激物的氧化損傷。同時(shí)，NADPH還參與脂質(zhì)代謝，并有助于抵抗脂質(zhì)氧化過程中誘導(dǎo)的活性氧的損傷。IDH1/2產(chǎn)生具有強(qiáng)還原特性的分子，參與抗氧化應(yīng)激的保護(hù)作用，與谷胱甘肽和硫氧還蛋白生產(chǎn)系統(tǒng)相互作用，保護(hù)免受脫氧核糖核酸損傷[5]。對mIDH膠質(zhì)母細(xì)胞瘤（gliomblastoma，GBM）進(jìn)行大規(guī)模代謝組學(xué)研究發(fā)現(xiàn)該突變體可將NADPH氧化為NADP+，生成2-羥基戊二酸（2-hydroxyglutaric acid，2-HG）[6]。此外，還具有催化α-KG生成2-HG的功能。2-HG在細(xì)胞中的積累促進(jìn)細(xì)胞癌變[7]。

2 mIDH在膠質(zhì)瘤中的生物學(xué)作用

2.1 mIDH促進(jìn)膠質(zhì)瘤血管生成 與正常顱內(nèi)血管相比，膠質(zhì)瘤血管異常顯示出獨(dú)特的基因表達(dá)特征，與血管生成因子的高表達(dá)有關(guān)，包括血管內(nèi)皮生長因子、轉(zhuǎn)化生長因子β2和多效蛋白。高濃度2-HG可以通過抑制脯氨酰羥化酶（Proline hydroxylase，PH）和穩(wěn)定缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia-inducible factor，HIF）促進(jìn)血管生成。mIDH型膠質(zhì)瘤2-HG充當(dāng)PH的抑制劑，導(dǎo)致HIF1α水平降低和與缺氧有關(guān)的基因表達(dá)降低，而血管生成相關(guān)信號(hào)傳導(dǎo)增強(qiáng)[8]。

2.2 mIDH對膠質(zhì)瘤免疫微環(huán)境的影響 近年來，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)mIDH在膠質(zhì)瘤的免疫微環(huán)境中發(fā)揮著重要的作用。膠質(zhì)瘤有一定程度的淋巴細(xì)胞浸潤，而腫瘤浸潤淋巴細(xì)胞的存在可預(yù)示臨床結(jié)果。Mohme等[9]研究發(fā)現(xiàn)膠質(zhì)瘤CD8+T淋巴細(xì)胞浸潤程度與長期存活率相關(guān)。而美國癌癥基因組圖譜研究發(fā)現(xiàn)，毒性T淋巴細(xì)胞相關(guān)基因和干擾素誘導(dǎo)的趨化因子降低IDH野生型膠質(zhì)瘤的發(fā)生率[10]。

2.3 mIDH促進(jìn)線粒體過度琥珀?；?在缺氧條件下，mIDH型膠質(zhì)瘤細(xì)胞mIDH1損害細(xì)胞代謝，導(dǎo)致對氧化線粒體代謝的依賴性增加，并且無法誘導(dǎo)還原性谷氨酰胺代謝[11]。研究表明線粒體對mIDH型腫瘤生長的重要性，mIDH1型膠質(zhì)瘤和表達(dá)IDH1R132H的腫瘤細(xì)胞是超琥珀酰化的，尤其是線粒體，2-HG可抑制線粒體琥珀酸脫氫酶，通過琥珀酰輔酶A積累和過度琥珀?；鴮?dǎo)致線粒體呼吸功能障礙，誘導(dǎo)抗凋亡蛋白積聚在線粒體膜上，導(dǎo)致細(xì)胞凋亡抗性。LiF等[12]認(rèn)為去琥珀?；傅倪^表達(dá)逆轉(zhuǎn)這些過程并抑制過度琥珀?；哪[瘤生長。

3 mIDH型膠質(zhì)瘤的靶標(biāo)治療

3.1 谷氨酰胺酶（glutaminase，Gln）抑制劑Gln負(fù)責(zé)將谷氨酰胺轉(zhuǎn)化為谷氨酸，在上調(diào)腫瘤細(xì)胞生長代謝過程中起著至關(guān)重要的作用，被認(rèn)為是腫瘤治療的重要靶標(biāo)。研究表明，小分子Gln抑制劑可以降低腫瘤活性，降低mIDH型膠質(zhì)瘤細(xì)胞谷氨酸和α-KG含量。但有趣的是，盡管Gln活性顯著下降，但腫瘤生長只是適度下降，表明細(xì)胞代謝能夠補(bǔ)償Gln抑制作用引起的變化[13]。因此，Gln抑制劑與其他治療策略結(jié)合使用時(shí)，可能對抑制腫瘤的生長產(chǎn)生協(xié)同作用。

3.2 α-KG衍生物mIDH1型膠質(zhì)瘤的生長與α-KG水平降低有關(guān)，因此可用額外的α-KG來抵消這種生長作用[14]。mIDH1減少α-KG的形成，增加HIF1α水平，而HIF1α水平的升高可通過α-KG衍生物逆轉(zhuǎn)。因此，α-KG衍生物可作為mIDH型膠質(zhì)瘤的潛在治療方法。

3.3 免疫療法 自然殺傷細(xì)胞（natural killer cell，NKC）對先天免疫系統(tǒng)至關(guān)重要，并對腫瘤形成有抑制作用。NKC對腫瘤細(xì)胞的溶解作用是受體與靶細(xì)胞的應(yīng)激誘導(dǎo)性配體相互作用而介導(dǎo)的。mIDH型膠質(zhì)瘤細(xì)胞由于2-HG誘導(dǎo)的基因組甲基化過高而使受體轉(zhuǎn)錄沉默，導(dǎo)致相應(yīng)的配體減少，因此，對NKC介導(dǎo)的膠質(zhì)瘤細(xì)胞裂解具有抗性。Schumacher等[15]認(rèn)為地西他濱上調(diào)受體的表達(dá)可增加膠質(zhì)瘤細(xì)胞對NKC介導(dǎo)的細(xì)胞毒性的敏感性。

3.4 IDH1 R132H肽疫苗Weenink等[16]認(rèn)為IDH1 R132H蛋白具有開發(fā)特異性疫苗的免疫原性價(jià)值。部分mIDH1型膠質(zhì)瘤具有同種型特異性抗體，并顯示出針對mIDH1蛋白的干擾素-γ（interferon-γ，IFN-γ）T細(xì)胞反應(yīng)。Rashidian等[17]報(bào)道，在新診斷為IDH1 R132H惡性膠質(zhì)瘤的病人中，突變特異性肽疫苗可能是該型腫瘤的一種可行的新型治療方法。

3.4 異構(gòu)形式的化學(xué)抑制劑IDH1/2化學(xué)抑制劑以劑量依賴性方式抑制mIDH1型膠質(zhì)瘤2-HG的產(chǎn)生，并誘導(dǎo)其細(xì)胞分化相關(guān)基因的表達(dá)[18]。因此，將小分子設(shè)計(jì)結(jié)合在mIDH1/2的活性催化位點(diǎn)內(nèi)，并阻止突變蛋白酶將α-KG轉(zhuǎn)化為2-HG所需的構(gòu)象變化，這種方法可用于治療mIDH膠質(zhì)瘤[19]。

3.5 mIDH抑制劑mIDH抑制劑可防止2-HG的積累。Konteatis等[20]報(bào)道伏立替尼是mIDH1/2型膠質(zhì)瘤的有效口服腦滲透雙重抑制劑，在原位膠質(zhì)瘤小鼠模型中，伏拉西地尼可以穿透幾種臨床前物種的大腦，并抑制膠質(zhì)瘤組織2-HG的產(chǎn)生。伏拉西地尼代表一種新型的雙重mIDH1/2抑制劑，臨床上用于治療低級別mIDH膠質(zhì)瘤。

綜上所述，mIDH在膠質(zhì)瘤形成中的作用是多維的，涉及膠質(zhì)瘤血管生成、膠質(zhì)瘤免疫微環(huán)境以及膠質(zhì)瘤線粒體氧化代謝等。針對不同的機(jī)制，研發(fā)出不同的治療方法，其中包括Gln抑制劑、α-KG衍生物、免疫療法、IDH 1R132H肽疫苗、異構(gòu)形式的化學(xué)抑制劑、伏立替尼酶抑制劑。但驅(qū)動(dòng)膠質(zhì)瘤形成和生長的特定異常變化可能在不同類型的膠質(zhì)瘤中有所差異，這進(jìn)一步使腫瘤靶標(biāo)的鑒定變得復(fù)雜，而主張膠質(zhì)瘤個(gè)體化治療的同時(shí)，使用多種潛在靶向治療可能更為有效。